【導(dǎo)讀】載重汽車顯得尤為重要。當(dāng)采用大功率發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車。的快速、重載的高效率、高效益的需要時(shí)，必須要搭配一個(gè)高效、可靠的驅(qū)動(dòng)橋。所以采用傳動(dòng)效率高的單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋已成為未來重載汽車的發(fā)展方向。參照傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了載重汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)首先確定主要。整體式橋殼的強(qiáng)度進(jìn)行校核以及對支承軸承進(jìn)行了壽命校核。個(gè)課題繼續(xù)研究下去。

　　

【正文】 內(nèi)側(cè)的車輪；汽車在不平路面上行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會(huì)加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消 耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。 差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對稱式圓錐行星齒輪差速器。 對稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 圖 31 差速器差速原理 如圖 31所示，對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼 3與行星齒輪軸 5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪 6固連在一起，固為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為 0? ；半軸齒輪 1 和 2 為從動(dòng)件，其角速度為 1? 和 2? 。 A、 B兩點(diǎn)分別為行星齒輪 4與半軸齒輪 1和 2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為 C， A、 B、 C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為 r 。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半 徑 r 上的A、 B、 C 三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖 31），其值為 0? r 。于是 1? = 2? = 0? ，即差速器不 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼 3的角速度。 當(dāng)行星齒輪 4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5以角速度 4? 自轉(zhuǎn)時(shí)（圖），嚙合 點(diǎn) A的圓周速度為 1? r = 0? r + 4? r ，嚙合點(diǎn) B的圓周速度為 2? r = 0? r 4? r 。于是 1? r + 2? r =（ 0? r + 4? r ） +( 0? r 4? r ) 即 1? + 2? =2 0? （ 31） 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n 表示，則 021 2nnn ?? （ 32） 式（ 32）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng)。 有式（ 32）還可以得知： ① 當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩 倍； ② 當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 對稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖 32 所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。 圖 32 普通的對稱式圓錐行星齒輪差速器 1,12軸承； 2螺母； 3,14鎖止 墊片； 4差速器左殼； 5,13螺栓； 6半軸齒輪墊片； 7半軸齒輪； 8行星齒輪軸； 9行星齒輪； 10行星齒輪墊片； 11差速器右殼 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 對稱式圓錐行星齒輪差速器的設(shè)計(jì) 由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。 差速器齒輪的基本參數(shù)的選擇 載貨汽車采用 4 個(gè)行星齒輪。 BR 的確定 圓錐 行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑 BR ，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。 球面半徑 BR 可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定： 3 TKR BB ? mm (33) 式中： BK —— 行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取 ～ ，對于有 4 個(gè)行星齒輪的載貨汽車取小值； T—— 計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取 Tce 和 Tcs 的較小值， N m. 根據(jù)上式 BR = 49984 = 所以預(yù)選其節(jié)錐距 A0 =96mm 為了獲得較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少。但一般不少于 10。半軸齒輪的齒數(shù)采用 14～ 25，大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比1z / 2z 在 ～ 的范圍內(nèi)。 差速器的各個(gè)行星齒輪與兩個(gè)半軸齒輪是同時(shí)嚙合的，因此，在確定這兩種齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮它們之間的裝配關(guān)系，在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù) Lz2 ， Rz2 之和必須能被行星齒輪的數(shù)目所整除，以便行星齒輪能均勻地分布于半軸齒輪的軸線周圍，否則，差速器將無法 安裝，即應(yīng)滿足的安裝條件為： In zz RL ?? 22 （ 34） 式中： Lz2 ， Rz2 —— 左右半軸齒輪的齒數(shù)，對于對稱式圓錐齒輪差速器來說， Lz2 = Rz2 n —— 行星齒輪數(shù)目； I —— 任意整數(shù)。 在此 1z =10， 2z =18 滿足以上要求。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角 1? ， 2? 211 arctan zz?? = 1810arctan =176。 2? =90176。 1? =176。 再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù) m m=110sin2 ?zA = 220sin2 ?zA = ?? = 由于強(qiáng)度的要求在此取 m=10mm 得 101011 ??? mzd =100mm 22 mzd ? =10 18=180mm α 目前，汽車差速器的齒輪大都采用 176。的壓力角，齒高系數(shù)為 。最小齒數(shù)可減少到 10，并且在小齒輪（行星齒輪）齒頂不變尖的條件下，還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為 20176。的少， 故可以用較大的模數(shù)以提高輪齒的強(qiáng)度。在此選 176。的壓力角。 6. 行星齒輪安裝孔的直徑 ? 及其深度 L 行 星齒輪的安裝孔的直徑 ? 與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長度，通常?。? ??L ? ? nlTL c ???? ??? 302 ? ?nlT c?? 1030?? （ 35） 式中： 0T —— 差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩， N m；在此取 49984N m n —— 行星齒輪的數(shù)目；在此為 4 l —— 行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x mm， l ≈ 39。2 ， d39。2 為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而 d39。2 ≈ 2d ； ??c? —— 支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取 69 MPa 根據(jù)上式 39。2 ??d =144mm l = 144=72mm ? 10499843??? ??≈ 48mm ??L ≈ 53mm 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 差速器齒輪的幾何計(jì)算 表 31 汽車差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 序號(hào) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 行星齒輪齒數(shù) 1z ≥10，應(yīng)盡量取最小值 1z =10 2 半軸齒輪齒數(shù) 2z =14～ 25，且需滿足式（ 34） 2z =18 3 模數(shù) m m =10mm 4 齒面寬 b=(～ )A0 。b≤10m 30mm 5 工作齒高 mhg ? gh =16mm 6 全齒高 ?? mh 7 壓力角 ? 176。 8 軸交角 ? =90176。 9 節(jié)圓直徑 11 mzd ? ； 22 mzd ? 1001?d 1802?d 10 節(jié)錐角 211 arctanzz?? ， 12 90 ?? ??? 1? =176。 ，?? ? 11 節(jié)錐距 22110 sin2sin2 ?? ddA ?? 0A= 12 周節(jié) t = t = 13 齒頂高 21 aga hhh ?? 。 mzzh a?????????????????????? 2122 1ah = 2ah = 14 齒根高 1fh = 1ah 。 1fh = 2ah 1fh =。 1fh =mm 15 徑向間隙 c =h gh = + c = 16 齒根角 1? =01arctanAhf 。022 arctan Ahf?? 1? =176。 2? =176。 17 面錐角 211 ??? ??o ； 122 ??? ??o 1o? =176。2o? =176。 18 根錐角 111 ??? ??R ； 222 ??? ??R 1R? =176。2R? =176。 19 外圓直徑 1111 co s2 ?ao hdd ?? 22202 co s2 ?ahdd ?? ?d mm ?d mm 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 20 節(jié)圓頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 139。1201 sin2 ?? hd ?? 239。2102 sin2 ?? hd ?? ?? mm ?? mm 21 理論弧齒厚 21 sts ?? ? ? mhhts ?? ???? t a n2 39。239。12 1s = mm 2s = mm 22 齒側(cè)間隙 B =～ mm B = 23 弦齒厚 26 213 BdssS iiii ???? 1?S = 2?S = 24 弦齒高 iiiii dshh 4cos239。 ?? ?? 1?h = 2?h = 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減 速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對運(yùn)動(dòng)。因此對于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度 w? 為 w? = JmbzK KKTKvms2203102? MPa (36) 式中： T —— 差速器一個(gè)行星齒輪 傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式 nTT ?? 在此 T 為 N m； n —— 差速器的行星齒輪數(shù)； 2z —— 半軸齒輪齒數(shù)； 0K 、 vK 、 sK 、 mK —— 見式（ 29）下的說明； J —— 計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)， 由圖 31 可查得J = 圖 32 彎曲計(jì)算用綜合系數(shù) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 根據(jù)上式 w? = 3 ??? ?????= MPa〈 MPa 所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度 要求。 此節(jié)內(nèi)容圖表參考了《汽車車橋設(shè)計(jì)》 [1]中差速器設(shè)計(jì)一節(jié)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第 4章 驅(qū)動(dòng) 半軸的設(shè) 計(jì) 驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器的半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。在一般的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，半軸將差速器的半軸齒輪與車輪的輪轂聯(lián)接起來，半軸的形式主要取決半軸的支承形式：普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端支承的形式或受力狀況不同可分為半浮式， 3/4 浮式和全浮式，在此由于是載重汽車，采用全浮式結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)半軸的主要尺寸是其 直徑，在設(shè)計(jì)時(shí)首先可根據(jù)對使用條件和載荷工況相同或相近的同類汽車同形式半軸的分析比較，大致選定從整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對它進(jìn)行強(qiáng)度校核。 計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷，應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況： ① 縱向力 2X （驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力）最大時(shí)，其最大值為 ?2Z ，附著系數(shù) ? 在計(jì)算時(shí)取 ，沒有側(cè)